В новом исследовании ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе превратили клетки кожи здоровых взрослых людей непосредственно в двигательные нейроны, минуя состояние стволовых клеток.Методика позволяет изучать мотонейроны центральной нервной системы человека в лабораторных условиях. В отличие от обычно изучаемых двигательных нейронов мышей, человеческие двигательные нейроны, растущие в лаборатории, будут новым инструментом, поскольку исследователи не могут брать образцы этих нейронов у живых людей, но могут легко брать образцы кожи.Исследование опубликовано 7 сентября в журнале Cell Stem Cell.
Избегание фазы стволовых клеток устраняет этические проблемы, возникающие при производстве так называемых плюрипотентных стволовых клеток, которые похожи на эмбриональные стволовые клетки по своей способности превращаться во все типы взрослых клеток. И что важно, предотвращение состояния стволовых клеток позволяет образовавшимся мотонейронам сохранять возраст исходных клеток кожи и, следовательно, возраст пациента. Сохранение хронологического возраста этих клеток жизненно важно при изучении нейродегенеративных заболеваний, которые развиваются у людей в разном возрасте и ухудшаются в течение десятилетий.«В этом исследовании мы использовали клетки кожи только здоровых взрослых людей в возрасте от 20 до 60 лет», — сказал старший автор Эндрю С. Ю, доктор философии, доцент кафедры биологии развития. «Наше исследование показало, как небольшие молекулы РНК могут работать с другими клеточными сигналами, называемыми факторами транскрипции, для генерации определенных типов нейронов, в данном случае моторных нейронов.
В будущем мы хотели бы изучить клетки кожи пациентов с нарушениями моторных нейронов. процесс преобразования должен моделировать аспекты заболевания с поздним началом, используя нейроны, полученные от пациентов с этим заболеванием ».«Возвращение через фазу плюрипотентных стволовых клеток немного похоже на снос дома и постройку нового с нуля», — сказал Ю. «То, что мы делаем, больше похоже на обновление. Мы меняем интерьер, но оставляем исходную структуру, которая сохраняет характеристики стареющих взрослых нейронов, которые мы хотим изучить».Способность ученых преобразовывать клетки кожи человека в клетки других типов, такие как нейроны, может улучшить понимание болезни и привести к поиску новых способов исцеления поврежденных тканей и органов — области, называемой регенеративной медициной.
Чтобы преобразовать клетки кожи в двигательные нейроны, исследователи подвергли клетки кожи молекулярным сигналам, которые обычно присутствуют на высоких уровнях в головном мозге. Прошлая работа Ю и его коллег — тогда еще из Стэнфордского университета — показала, что воздействие двух коротких фрагментов РНК превращало клетки кожи человека в нейроны.
Эти две микроРНК, называемые miR-9 и miR-124, участвуют в переупаковке генетических инструкций клетки.В новом исследовании исследователи подробно охарактеризовали этот процесс переупаковки, подробно описав, как клетки кожи, перепрограммированные в обычные нейроны, затем могут быть направлены в определенные типы нейронов. Они обнаружили, что гены, участвующие в этом процессе, готовы к экспрессии, но остаются неактивными до тех пор, пока не будет обеспечена правильная комбинация молекул.
После долгих экспериментов с множеством комбинаций исследователи обнаружили, что добавление к смеси еще двух сигналов — факторов транскрипции, называемых ISL1 и LHX3, — примерно за 30 дней превратило клетки кожи в мотонейроны спинного мозга.Комбинация сигналов — микроРНК miR-9 и miR-124 плюс факторы транскрипции ISL1 и LHX3 — говорит клетке свернуть генетические инструкции для создания кожи и развернуть инструкции для создания моторных нейронов, согласно Ю и соавтору исследования. -первые авторы, Дэниел Г. Абернати и Мэтью Дж. Маккой, докторанты в лаборатории Ю; и У Гён Ким, доктор философии, научный сотрудник постдокторантуры.
Другое прошлое исследование, проведенное командой Ю, показало, что воздействие тех же двух микроРНК, miR-9 и miR-124, а также разного сочетания факторов транскрипции может превратить клетки кожи в нейрон другого типа. В этом случае клетки кожи превратились в нейроны полосатого тела со средними шипами, которые поражены болезнью Хантингтона — наследственным, в конечном итоге фатальным генетическим заболеванием, которое вызывает непроизвольные движения мышц и когнитивные нарушения, начинающиеся в среднем зрелом возрасте.В новом исследовании исследователи заявили, что преобразованные мотонейроны выгодно отличаются от нормальных мотонейронов мыши с точки зрения включаемых и выключаемых генов и того, как они функционируют. Но ученые не могут быть уверены, что эти клетки идеально подходят для естественных мотонейронов человека, поскольку сложно получить образцы культивируемых мотонейронов у взрослых людей.
Дальнейшая работа по изучению образцов нейронов, полученных от пациентов после смерти, необходима, чтобы определить, насколько точно эти клетки имитируют естественные двигательные нейроны человека.